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Le reti e Internet
L’ integrazione tra l’informatica e le telecomunicazioni(la telematica) ha avuto un impatto notevole sull’organizzazione dei sistemi informatici.Si e’ passati cosi’dal concetto di un solo computer che gestisce tutte le richieste di calcolo di una organizzazione, al concetto di piu’ di computer distinti, ma collegati tra loro, che utilizzano risorse in condivisione. Questi sistemi sono definiti come reti di computer.
Definizioni e introduzione
Una rete di computer e’ l’insieme di due o piu’ computer autonomi, collegati tra loro attraverso un canale di trasmissione. Con il termine autonomo si intendono quei sistemi che non si trovano in un rapporto di dipendenza l’uno dall’altro. I vantaggi (soprattutto economici) della connettivita’ sono molteplici e sono dovuti alla possibilita’ di condividere le risorse hw/sw dei sistemi che, come spesso accade, sono normalmente utilizzate per brevi periodi. Si possono cosi’ condividere dischi, stampanti, programmi o addirittura l’intero sistema di elaborazione (come accade nei sistemi c.d. ridondanti nei quali l’applicazione necessita di un servizio 24H/24). Ai fini della comprensione delle problematiche delle reti, puo’ essere di aiuto analizzare un generico sistema di trasmissione. Questo si compone di una sorgente, un destinatario e di un canale. Sorgente e destinatario si interfacciano al canale attraverso un trasmettitore ed un ricevitore. Dal generale al particolare: se il signor A deve trasmettere qualcosa al signor B, si utilizzeranno opportune interfacce (rispettivamente gli apparati vocale e uditivo) in grado rispettivamente di propagare e di ricevere un messaggio attraverso un mezzo o canale trasmissivo (l’aria in questo caso). E’ banale comprendere che tutto questo non e’ di per se’ condizione sufficiente alla instaurazione di una comunicazione. Infatti in aggiunta al linguaggio comune (la lingua) e’ necessaria la condivisione di contenuti specifici.
sorgente e destinatario non condividono gli stessi contenuti
Cosa? Non capisco. Ma di che parli?
Bios, kernel, shell. Sempre software e’.
Strutturazione a livelli di un sistema di comunicazione
L’esempio appena descritto, che si riferiva agli elementi necessari alla comunicazione tra gli individui, ci porta facilmente a comprendere gli elementi caratterizzanti che sono alla base del funzionamento delle reti: la strutturazione a livelli e l’uso dei protocolli. In una rete di calcolatori possiamo distinguere tre livelli (questo numero varia in relazione al modello di riferimento):
- livello fisico relativo al canale di trasmissione;
- livello del trasporto (assimilabile alla lingua utilizzata);
- livello applicativo (assimilabile al contesto; comporta la specificazione di regole estremamente dettagliate).
CLASSIFICAZIONE DELLE RETI Le reti possono classificarsi secondo vari criteri. Quelli piu’ comuni sono: l’ architettura di connessione e l’estensione (geografica). Per quanto riguarda la prima categoria, distinguiamo le reti in:
- reti a banda larga o broadcast;
- reti punto a punto.
Le reti broadcast si caratterizzano per avere un singolo canale di comunicazione condiviso da tutte le macchine della rete. Il computer mittente invia i dati specificando il nome del destinatario. Tutti i computer non interessati lo ignorano mentre quello cui e’ destinato il messaggio lo riceve. Questa topologia di rete e’ caratteristica delle reti locali (vedi dopo)
computer
canale
Nelle reti punto a punto i componenti della rete sono collegati a coppie tra loro. Se si devono trasmettere dati tra due macchine non adiacenti, si sfruttano le connessioni esistenti tra le altre macchine fino ad ottenere la connessione desiderata. Questa topologia di rete e’ caratteristica delle reti geografiche (vedi dopo).
diversi esempi di reti punto a punto
telefonica. Se invece dobbiamo connettere tra loro piu’ computer in una LAN si ricorre ad altri dispositivi. Il piu’ semplice di questi e’ l’ hub utilizzato per collegare poche macchine tra loro. Quando invece si devono connettere tra loro un numero maggiore di macchine, si utilizzano gli switch. Le connessione di computer con le apparecchiature viste finora ha delle limitazioni in termini di distanze massime e di numero di sistemi collegabili. Qualora si raggiunga uno dei precedenti limiti si parla di rete locale estesa i cui segmenti, che rispettano i limiti imposti, saranno interconnessi attraverso un bridge. Qualora si debbano collegare reti eterogenee si ricorre al router.. Questo apparecchio infatti e’ capace di collegare reti con protocolli di comunicazione diversi come nel caso di collegamenti di reti locali (che sono reti broadcast) a reti geografiche (reti punto a punto).
La storia di Internet
Agli inizi degli anni ’70, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti aveva realizzato una rete capace di funzionare in caso di attacco nucleare chiamata ARPANET. La diffusione delle reti ad onde radio e satellitari, impose l’ampliamento del protocollo alla cui realizzazione parteciparono diverse università che per questo finirono con l’utilizzare ARPANET. Nacque così il protocollo TCP/IP espressamente progettato per gestire la comunicazione internetwork. Nel volgere di pochi anni, anche a seguito del numero sempre maggiore di reti che confluivano in ARPANET, TCP/IP (Trasmission Control Protocol/Internet Protocol), diventa il protocollo ufficiale per la connessione a questa rete (1983). L’adesione di altre importanti reti (EARN una rete accademica europea, BITNET una rete di mainframe IBM, ed altre) ha portato ARPANET a diventare la rete attualmente conosciuta con il nome di Internet. Fino ai primi anni ’90, Internet era largamente impiegata solo da organismi universitari o governativi e da ricercatori dell’industria. Una nuova applicazione, il WWW (World Wide Web), modificò questo stato di cose e portò numerosi utenti, non appartenenti alle categorie anzidette, ad utilizzare la rete. Questa applicazione, nata da un’idea di alcuni fisici del CERN (Consiglio Europeo per l’energia Nucleare) (1), porto’, in un momento successivo (1993) alla realizzazione di Mosaic il primo dei programmi di navigazione (progenitore di Netscape e di Explorer). Tale realizzazione si deve al NCSA, un ente pubblico statunitense per le applicazioni di supercalcolo.
IL LIVELLO TRASPORTO E APPLICAZIONI Abbiamo visto in precedenza la schematizzazione di un generico sistema di comunicazione. Avevamo suddiviso questo sistema in tre livelli notando che tale numero dipendeva dai modelli di riferimento. Nel caso del protocollo TCP/IP i livelli sono quattro in quanto il livello trasporto (dello schema generico) viene ulteriormente suddiviso in due.
Il protocollo TCP/IP
Si tratta di un insieme di protocolli aperti (il termine aperto e’ opposto a “proprietario” ossia indipendente da un singolo produttore di software) ed il suo nome deriva da due di questi (i piu’ importanti). E’ organizzato in quattro livelli evidenziati nella figura seguente assieme ai protocolli piu’ significativi di ciascuno(2). Anche qui, come nel caso del sistema generico, i livelli sono ordinati gerarchicamente tra loro e indipendenti, cosa che permette di cambiare gli elementi di un livello senza influire
su quelli che si trovano al di sopra o al di sotto. Cosi’ p.e., la sostituzione di una scheda di rete
(1) (^) Secondo R. Caillau uno degli scienziati che svilupparono l’idea originale, “Il World Wide Web e’ nato
essenzialmente dalla convergenza di tre elementi che esistevano gia’: il computer, le reti, l’ipertesto. Noi non abbiamo fatto altro che integrare questi elementi per migliorare, inizialmente, la comunicazione fra i lavoratori del CERN”. (2)E’ qui il caso di evidenziare che, se non diversamente stabilito, tutti i dati trasmessi con questo protocollo
viaggiano in “chiaro” ossia non sono soggetti a trasmissione crittografata!!!. Per ottenere un trasmissione non in chiaro e’ necessario ricorrere a protocolli specifici di cui parleremo in seguito. con una diversa, comporta semplicemente di cambiare i programmi che ne controllano il funzionamento (driver), senza modifiche nei livelli superiori.
Applicazioni HTTP FTP Telnet DNS SMTP
Trasporto TCP UDP
Rete IP
Fisico Programmi di gestione delle schede di rete (driver), schede di rete
Abbiamo gia’ discusso sufficientemente degli aspetti generali del livello fisico. Una sola considerazione. Il protocollo a questo livello impiega un identificatore della scheda di rete chiamato MAC Address (vedi prossimo paragrafo). Il livello Rete si occupa degli aspetti che riguardano la ricerca di un percorso capace di raggiungere il destinatario (Internet e’ una rete punto a punto con percorsi non unici). Per risolvere questo problema a ciascuna macchina è associato un numero (di 32 bit) che la identifica univocamente chiamato indirizzo IP. L’indirizzo IP è normalmente rappresentato da quattro numeri, ciascuno compreso tra 0 e 255, separati tra loro da un punto, p. e. 128.17.75.20 (3). Il livello Trasporto si caratterizza principalmente per assicurare una trasmissione affidabile (cioe’ che vada a buon fine, sempreche’ si possa trasmettere). A questa funzione presiede il protocollo TCP. La trasmissione dei dati su Internet puo’ essere assimilata alla spedizione di un libro utilizzando solamente delle cartoline (quindi un supporto di capacita’ limitata). E’ evidente che tutto il libro non puo’ essere contenuto in una cartolina, cosi’ si utilizzeranno piu’ cartoline, ciascuna contenente al piu’ qualche riga del libro. Mano a mano
La traduzione di un indirizzo DNS nel numero IP ricorre ai controllori di dominio. C’e’ quindi un host per il dominio com, uno per il dominio sun.com, uno per il dominio eng.sun.com. Ogni responsabile di dominio, dispone di una tabella che comprende tutti i computer del dominio o di quelli responsabili dei sottodomini (nonche’ dei rispettivi indirizzi IP). Quando si vuole conoscere l’IP di un computer tramite il suo DNS si risale l’albero dei responsabili di dominio verso l’alto e scendendo verso il basso fino ad arrivare al computer che ha l’autorita’ sull’host che stiamo cercando. Tale computer conterra’ la coppia nome- indirizzo (sempreche’ si tratti di un nome effettivamente esistente!).
int com edu gov org net jp us nl... it
sun yale ac co oce vu
eng cs eng keio nec cs
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pc
IL LIVELLO APPLICATIVO
All’utente generico di un sistema di elaborazione, per poter utilizzare il computer in rete, non sono richieste conoscenze dettagliate sul suo funzionamento. La connessione ad Internet sara’ possibile sia che si tratti di una LAN o che si tratti di una connessione da una utenza privata, attraverso un fornitore del servizio di accesso ad Internet chiamato ISP (Internet Service Provider) pubblico o privato che sia. La connessione all’ISP potra’ effettuarsi o con un modem o con un router (o entrambi):
Il reperimento di risorse su Internet si otterra’ grazie ad appositi programmi chiamati browser. Sempre con questi programmi ci si puo’ a siti specializzati (Google, Yahoo, etc.) che offrono servizi di ricerca di documenti (i c.d. “motori di ricerca”). L’utente quindi, non necessariamente deve sapere che e’ necessaria una scheda di rete, che esiste un numero IP, che cosa e’ un mezzo di trasmissione. Indipendentemente dalla conoscenza di questi elementi, la sua ricerca puo’ avere successo. Questo e’ possibile grazie all’architettura a livelli. In questa parte parleremo proprio dei servizi di rete disponibili all’utente finale cioe’ al generico utente del sistema.
Il trasferimento di file e la connessione remota
Attraverso il servizio FTP (File Transfer Protocol) si effettua il trasferimento di file tra due computer. Con il servizio Telnet e’ invece possibile effettuare una connessione ad un computer remoto (p.e. non connesso in rete locale). In questo caso, una volta effettuata la connessione con il nome dell’host (DNS) o del suo numero IP ed espletate le formalita’ di autenticazione, fornendo il nome di un utente riconosciuto e di una password, e’ come se ci trovassimo davanti alla tastiera ed al video del sistema remoto.
Una questione particolare riguarda le modalita’ di rappresentazione del messaggio vero e proprio. Mentre per quanto attiene a busta e intestazione, la codifica esistente e’ in grado di rappresentare le informazioni necessarie. Lo stesso non vale per il messaggio. I programmi di posta elettronica infatti, da quando sono nati ad oggi, hanno subito una profonda evoluzione. Inizialmente erano in grado di rappresentare solo testo (caratteri dell’alfabeto inglese). La diffusione in larga scala di questa applicazione dimostro’ la sua limitatezza quando si presento’ il problema di scrivere testo in lingue con lettere accentate o in alfabeti non latini (ebraico e russo), o in lingue senza alfabeto (cinese o giapponese), o ancora di avere contenuti senza testo ma con audio o video (multimediali). La soluzione, oramai largamente diffusa, è chiamata MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions). Si tratta di un sistema che struttura il messaggio in varie parti. Ogni parte rilevante del messaggio viene identificata da altrettante intestazioni (da non confondersi con l’intestazione che compone il messaggio). Una di queste e’ la c.d. MIME-version la quale informa che si tratta di un messaggio che non contiene solo testo con caratteri inglesi. Un’altra intestazione di fondamentale importanza e’ chiamata Content-Type che una volta presente permette di identificare altrettanti contenuti inclusi nel messaggio. Di seguito a tale intestazione, viene specificata, a seconda del tipo di contenuto che segue una delle tipologie/sottotipologie riportate nella seguente tabella.
TIPO SOTTOTIPO DESCRIZIONE Text Plain Testo senza formattazione Richtext Testo con semplici comandi di formattazione Image Gif Immagine in formato GIF Jpeg Immagine in formato JPEG Audio Basic Suono udibile Video Mpeg Filmato MPEG Application Postscript Documento stampabile in Postscript ....... ....... ....... Message Rfc822 Un messaggio MIME Partial ….. External-body Il messaggio in sé deve essere reperito sulla rete Multipart Mixed Parti indipendenti nell’ordine specificato Alternative Alcuni messaggi in formati differenti Parallel Le parti devono essere viste insieme Digest Ogni parte è RCF 822
A questo punto possiamo finalmente comprendere l’esempio sottostante che si riferisce ad un messaggio multimediale relativo agli auguri di compleano. Si riconoscono due tipi principali di intestazioni: la Mime version e la Content type. Se il destinatario dispone di risorse audio, un componente del programma di posta elettronica cercherà il file sonoro e lo riprodurrà visualizzando il testo, altrimenti verrà visualizzato soltanto il testo.
From: [email protected] questa parte e’ l’intestazione To: [email protected] del messaggio
MIME-Version: 1.0 quello che segue e’ un formato MIME Message-Id: [email protected] Content-Type: multipart/alternative questa riga informa della presenza di un messaggio Subject: La terra gira intorno al sole che si articola in più parti
Content-Type: text/richtext identificativo della parte relativa agli auguri in formato testuale Tanti auguri a te Tanti auguri a te Tanti auguri caro Riccio Tanti auguri a te
Content-Type: message/external-body; identificativo di una parte che e’ esterna al messaggio access-type=”anon-ftp”; seguono informazioni dedicate al reperimento (sito ftp) site=”musiche.on.line”; indirizzo del sitp ftp directory=”pub”; indirizzario nome=”tanti auguri”; nome dell’archivio da scaricare (si tratta di un file musicale)
Content-Type: audio/basic; questa parte contiene il file musicale
I protocolli di posta elettronica
L’utente generico non e’ connesso direttamente su Internet e conseguentemente non e’ in grado di ricevere ed inviare la posta. Si ricorre così ai c.d. server di posta elettronica di un provider (il fornitore del servizio, tipicamente coincide con quello della connessione a Internet). Per questo motivo, quando si parla di programma di posta elettronica, bisognerebbe chiarire se stiamo parlando del programma client (quello che utilizziamo da casa nostra) oppure del programma server (quello che viene eseguito dal provider e che effettivamente si occupa dell’invio/ricezione della posta). Cosi’, anche per quanto riguarda la posta elettronica, abbiamo a che fare con diversi protocolli Il piu’ semplice protocollo di posta è POP3 (Post Office Protocol 3).La logica che sottende questo protocollo e’ tale per cui l’utente preleva i messaggi giacenti sul server per poi elaborarli localmente grazie a operazioni di apertura, lettura, smistamento in archivi specifici e cancellazione. In questa specificita’ di funzionamento troviamo il grande limite del
Il World Wide Web (un’architettura client-server)
Il World Wide Web o WWW (il termine web in inglese significa “ragnatela”) e’ una struttura architetturale per accedere a documenti collegati tra loro (documenti ipertestuali o ipertesti) e memorizzati su migliaia di computer connessi in Internet. La grande popolarita’ di questo sistema nasce dalla semplicita’ nell’utilizzo e dalla piacevole interfaccia grafica, che permette di ottenere informazioni riguardo qualunque argomento si possa immaginare. Dal punto di vista funzionale si tratta di una architettura client-server. Questo perche’, come vedremo meglio piu’ avanti, si tratta di un ambiente in cui si trovano due o più soggetti dipendenti gerarchicamente tra loro. Il server dispone delle risorse che, su richiesta, vengono rilasciate ai client.
Il lato client
Dal punto di vista dell’utente finale il Web consiste di un insieme di documenti (che si trovano su server sparsi nel mondo) chiamati pagine. Ogni pagina può contenere dei puntatori ( link o collegamenti ) ad altre pagine che si trovano in una qualche altra parte (nella stessa macchina, su un altro server dislocato sulla rete). L’utente “naviga” tra le pagine o scrivendo il nome della pagina o con un link (facendo clic con il mouse in una parte del testo). In questo modo si ottiene la visualizzazione della pagina richiesta. I documenti che permettono questo tipo di collegamento vengono chiamati ipertesti. Le pagine vengono visualizzate da un programma chiamato browser (Mozilla, Explorer, Netscape, Opera, etc.). Il browser preleva la pagine, esegue i comandi di formattazione del testo e cosi’ visualizza quanto ha trovato. Le pagine possono contenere anche parti diverse dal testo come per esempio grafica o elementi multimediali (video, suoni, etc.).
Il lato server
Il funzionamento dal punto di vista del server web e’ abbastanza semplice. Ciascun server web ha un programma sempre in esecuzione in attesa delle connessioni provenienti dai client. Il client, stabilita una connessione, invia una richiesta (p.e. la lettura di una pagina) ed il server invia una risposta e, se esiste, la pagina richiesta, altrimenti restituisce un codice di errore. Fatto questo la connessione viene chiusa. Il protocollo che stabilisce le modalita’ del colloquio client-server p.e. i comandi che il client puo’ richiedere (vedi dopo), le risposte che il server invia al client e’chiamato HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). La versione HTTPS (Secure) trasmette i dati non in chiaro, utilizzando opportuni programmi di crittografazione. Si tratta di protocolli c.d. stateless (privi di stato) per indicare che non e’ possibile stabilire se, da parte dello stesso client, sono state effettuate richieste in momenti precedenti alla richiesta attuale (abbiamo detto che appena servita la richiesta del client la connessione viene chiusa).. Nel nostro esempio supporremo che il client abbia fatto richiesta (o abbia gia’ una connessione in corso su una pagina che contiene un ulteriore link) della pagina il cui URL o URI (Uniform Resource Locator o Uniform Resource Identifier) è http://www.ilsole24ore.it/index.html_._ Per prima cosa il browser decompone l’URL in tre parti: il protocollo (http), il nome del server (www.il sole24ore.it), il nome del file che contiene la pagina (index.html). Quest’ultima puo’ mancare (viene richiamata una pagina stabilita a priori) oppure puo’ essere qualcosa espresso nella forma /nome_di_sottodirectory/file. Tra la richiesta della pagina e la sua visualizzazione, vengono eseguiti questi passaggi:
- il browser determina l’URL;
- il browser richiede l’indirizzo IP di www.ilsole24ore.it;
- il DNS risponde con 213.23.44.150;
- il browser effettua una connessione TCP a 213.23.44..150;
- il browser invia una istruzione GET /index.html/
- il server www.ilsole24ore.it invia il file index.html;
- viene rilasciata la connessione TCP;
- il browser visualizza il testo di index.html;
- il browser visualizza le immagini di index.html.
Molti programmi di browser visualizzano l’operazione che stanno eseguendo nella barra di stato allo scopo di evidenziare se eventuali malfunzionamenti o ritardi dipendono dal DNS o dal server o semplicemente da una congestione nella rete. In alcuni casi la connessione (ad un server Web) da parte dei client sfrutta il c.d. server proxy ( o più semplicemente proxy) che si impiega per centralizzare la connessione ad Internet (per ragioni di sicurezza o altro). In questo caso uno o piu’ client colloquia/colloquiano con il proxy il quale si occupa di contattare il server web e di prelevare le pagine richieste dal client. Il protocollo HTTP si compone di un piccolo insieme di istruzioni che elenchiamo di seguito insieme ad una sommaria descrizione.
ISTRUZIONI DESCRIZIONE
GET Lettura di una pagina HEAD Lettura dell’intestazione di una pagina PUT Scrittura di una pagina POST Scrittura di una pagina (append) DELETE Cancellazione di una pagina LINK Collegamento a risorse UNLINK Scollegamento a risorse
In corrispondenza ad ogni richiesta viene restituito anche un codice di stato (200 per OK, etc.). Il protocollo laddove necessario, utilizza il formato MIME.
HTML
HTML (Hyper Text Markup Language) e’ il linguaggio tipicamente utilizzato per scrivere le pagine da visualizzare in Internet. Impiega dei c.d. “marcatori” o tag che descrivono come devono essere formattati ossia visualizzati i documenti. Il browser, capace di comprendere tale linguaggio, si comporta di conseguenza e visualizza percio’ i documenti come noi li vediamo. Nell’esempio e’ riportata una pagina scritta in formato HTML (la pagina puo' essere scaricata sul proprio computer)
Alcuni semplici esempi di marcatori HTML
grassetto corsivo testoesponente testoindice testo grande collegamento ipertestuale al sito del dipartimento
testo sottolineato testo barrato
I tag sono riconoscibili perche’ compresi tra i due caratteri “<” e “>”. Cosi, per esempio e (prima ed ultima riga) sono i due marcatori che identificano rispettivamente l’inizio e la fine della pagina. Riconosciamo poi il marcatore che serve per andare “a capo”, e che identificano il testo che verra’ scritto come titolo della finestra. Tutti gli altri marcatori sono riconoscibili in base a quanto scritto nel testo che delimitano. Si nota la presenza del tag
